一种分布式柔性资源协调控制方法与流程

1.本发明涉及用电调控技术领域，具体为一种分布式柔性资源协调控制方法。


背景技术：

2.近年来，随着城镇化建设和乡村用电需求的增长，乡村配电网在不断地改造和扩建，大量分布式电源、储能装置、柔性负荷接入乡村配电网并网运行，使得源随荷动的传统乡村配电网系统转变为源网荷储多级协调的乡村供用能系统。这种转变对乡村供用能系统的全面精准感知、广域数据传输以及实时处理分析能力提出了更高要求。然而，传统配电网云中心集中处理数据的方法易产生时延高、效率低及实时处理数据的能力不足等问题。因此，研究如何提升乡村供用能系统对分布式源、荷、储资源实时感知与精准调控的能力具有重要意义。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：本发明一种分布式柔性资源协调控制方法，包括以下步骤，步骤1、边端采集乡村供用能系统的数据；步骤2、建立柔性负荷及灵活性资源出力聚合模型;步骤3、以配变和线路是否重过载，判断边端是否自治；若边端自治，以配变经济运行为优化目标，确定柔性负荷及灵活性资源出力调控量；若边端无法自治，云层协调各边端的交换功率，再以配变经济运行为优化目标，确定柔性负荷及灵活性资源出力调控量；步骤4、判断实际量与调控量之差是否在误差允许范围内；步骤5、若相对误差在允许的范围内，则输出边端调控指令；若相对误差不在误差允许的范围内，则重复步骤3至步骤4，直至相对误差在允许的范围内，最终输出边端调控指令。
4.作为本发明的一种优选技术方案，所述的乡村供用能系统包括光伏发电设备、储能设备、水力发电机设备、沼气发电机设备以及地源热设备。
5.具体地，所述柔性负荷及灵活性资源出力聚合模型包括光伏发电模型、电化学储能模型、小水电模型、沼气发电模型和地源热泵模型。
6.作为本发明的一种优选技术方案，判断配变是否重过载的方法是：配变重过载时系统的临界功率p
cp
表达式为：式中，n为边端内配变台数，s
nj
为第j台配变的额定容量，p
pv
为光伏阵列的输出功率，p
bat
为电池储能输出功率，pw为小水电输出功率，p
bgs
为沼气发电输出功率，pf为柔性负荷
功率，p
l
为其他负荷功率；若临界功率p
cp
≥0，则配变未发生重过载，边端可以实现自治，若临界功率p
cp
《0，则配变发生重过载，边端无法实现自治。
7.作为本发明的一种优选技术方案，判断线路是否重过载的方法是：线路重过载时线路电流的临界电流i
cp
表达式为：式中，in为线路的额定电流大小，i为线路流过的电流大小；若临界电流i
cp
≥0，则线路未发生重过载，边端可以实现自治；若临界电流i
cp
《0，则线路发生重过载，边端无法实现自治。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3中，若由配变重过载导致某一边端无法自治，表示该边端出现了功率缺额，可以通过云层协调其他边端向该边端输送功率，实现该边端的自治，为保证无法自治的边端实现自治且能够经济运行，输送功率p
st
的取值为：式中，k1为结合其他各边端实际的运行状况而设置的裕度系数，其范围为0≤k1≤0.8。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3中，若由线路重过载导致某一边端无法自治，表示该边端出现了功率缺额，可以通过云层协调其他边端向该边端输送功率，实现该边端的自治，为保证无法自治的边端实现自治且能够经济运行，输送功率p
si
的取值为：式中，k2为结合其他各边端实际的运行状况而设置的裕度系数，其范围为0≤k2≤0.8，un为线路的额定电压。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述的步骤4中判断调控量与实际量的相对误差是否在允许的范围内，误差允许的范围为：式中，pr为实际量，po为调控量，δ为调控量与实际量的相对误差。
11.本发明还提供一种用于实现分布式柔性资源协调控制方法的装置，所述装置存储执行分布式柔性资源协调控制方法的计算机程序指令。
12.本发明的有益效果是：提出的乡村供用能边端自治方法能够针对灵活性资源出力及柔性负荷的波动实时调整边端调控指令，在满足乡村供用能系统的供需平衡的前提下，以配变经济运行为优化目标，有效提升乡村供用能系统边端自治能力和运行经济性。
附图说明
13.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明的步骤流程图。
具体实施方式
14.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
15.如图1所示，本发明一种分布式柔性资源协调控制方法，包括以下几个步骤步骤1、边端采集乡村供用能系统的数据；即对边端内乡村供用能系统的负荷功率数据，配变负载率数据以及供用能设备的功率数据进行采集；步骤2、建立边端内乡村供用能系统的柔性负荷及灵活性资源出力的聚合模型；步骤3、以配变和线路是否重过载，判断边端是否自治；若边端自治，以配变经济运行为优化目标，确定柔性负荷及灵活性资源出力调控量；若边端无法自治，云层协调各边端的交换功率，再以配变经济运行为优化目标，确定柔性负荷及灵活性资源出力调控量；步骤4、判断实际量与调控量之差是否在误差允许范围内；步骤5、若相对误差在允许的范围内，则输出边端调控指令；若相对误差不在误差允许的范围内，则重复步骤3至步骤4，直至相对误差在允许的范围内，最终输出边端调控指令。
16.所述的供用能设备包括光伏发电设备、储能设备、水力发电机设备、沼气发电机设备以及地源热设备。
17.建立柔性负荷及灵活性资源出力聚合模型的方法是：针对光伏发电设备的光伏发电模型，由于光伏出力具有随机性与不确定性，光伏在每个时段的输出均是非负的且在理论的最大功率限制范围内，光伏发电约束条件为：式中，p
pv
(t)为光伏发电设备t时刻输出功率；p
pvmax
为光伏发电设备输出功率最大值。
18.针对储能设备的电化学储能模型，电储能(energy storage，es)系统采用简化电池模型，在其参与系统运行过程中满足如下条件：其运行约束条件为：式中，e
es
(t)为t时刻es存储能量；e
es
(t-1)为t-1时刻es存储能量；p
eces
(t)为t时刻
电储能充电功率；soc
es
(t)为t时刻es荷电状态；p
edes
(t)为t时刻电储能放电功率；η
esec
为电储能充电效率；η
esed
为电储能放电效率；e
esmax
、e
esmin
分别为电储能能量上下边界；soc
esmax
、soc
esmin
分别为荷电状态上下边界；p
esec,max
、p
esed,max
分别为电储能充、放电功率上限值；e
es
(0)、e
es
(t)分别为0时刻与运行一周期后储荷电量。
19.针对水力发电机设备的小水电模型，小水电的通用输出功率表达式为：式中，pw为水轮机轴机械功率；hw为水轮机水力效率；ρw为水的密度；g为重力加速度；qw为水轮机水流量；ηw为水轮机的有效水头。
20.其满足约束条件：小水电出力受到库容、水轮机容量以及水电站出力约束，p
w，min
为小水电额定最小功率，p
w，max
小水电额定最大功率。小水电的库容以及水轮机流量应满足以下约束：式中，vi(t)为第i个小水电t时刻的库容，v
i,max
、v
i,min
分别为第i个小水电的库容上、下限；qi(t)为第i个小水电t时刻的水轮机流量，q
i,max
、q
i,min
分别为第i个小水电的水轮机流量上、下限。
21.针对沼气发电机设备的沼气发电模型，生态养殖和农业生产中会产生大量有机废弃物，如作物秸秆、杂草、禽畜粪便等，在厌氧条件下，这些有机物质通过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类微生物分解代谢，最终产生沼气。bgs机组通过燃烧沼气同时供给热能和电能，其最大功率输出约束方程为：沼气发电约束条件为：式中，p
ebgs
(t)为t时刻bgs机组输出电功率；η
ebgs
为bgs机组电效率；q
inbgs
(t)为t时刻输入bgs机组的能量；γq为热量单位转换系数；m
mbgs
(t)为t时刻bgs机组输入沼气流量；lvhm为沼气热值；p
e,maxbgs
为bgs机组输出电功率限值。
22.针对地源热设备的地源热泵模型，采用地源热泵满足农村生态养殖的冷/热负荷，其冷/热功率出力及功率约束为：
地源热泵运行约束条件为：式中，c
hp
(t)、h
hp
(t)分别为地源热泵t时刻输出的冷功率与热功率；η
hp,c
、η
hp,h
为地源热泵产冷和产热效率；z
hp
为0、1变量，表示典型日地源热泵的制冷制热状态选择，z
hp
=0表示该典型日地源热泵处于制冷状态、z
hp
=1表示该典型日地源热泵处于制热状态；p
ep
(t)为地源热泵t时刻输入电功率；p
ep,max
为地源热泵最大电功率。
23.判断配变是否重过载的方法是：配变重过载时系统的临界功率p
cp
表达式为：式中，n为边端内配变台数，s
nj
为第j台配变的额定容量，p
pv
为光伏阵列的输出功率，p
bat
为电池储能输出功率，pw为小水电输出功率，p
bgs
为沼气发电输出功率，pf为柔性负荷功率，p
l
为其他负荷功率；若临界功率p
cp
≥0，则配变未发生重过载，边端可以实现自治，若临界功率p
cp
《0，则配变发生重过载，边端无法实现自治。
24.判断线路是否重过载的方法是，线路重过载时线路电流的临界电流i
cp
表达式为：式中，in为线路的额定电流大小，i为线路流过的电流大小。
25.若临界电流i
cp
≥0，则线路未发生重过载，边端可以实现自治；若临界电流i
cp
《0，则线路发生重过载，边端无法实现自治。
26.若由配变重过载导致某一边端无法自治，表示该边端出现了功率缺额，可以通过云层协调其他边端向该边端输送功率，实现该边端的自治，为保证无法自治的边端实现自治且能够经济运行，输送功率p
st
的取值为：，式中，k1为结合其他各边端实际的运行状况而设置的裕度系数，其范围为0≤k1≤0.8。
27.则边端以配变经济运行为优化目标，确定灵活性资源出力及柔性负荷的调控量的具体操作是：确定优化目标函数，优化目标函数，对于含有n台配变的边端，以综合功率损耗最小为优化目标，则优化目标函数为：式中，f为某一运行方式的综合功率损耗量(kw)；n为配变的台数；p
0j
为第j台变压器的空载有功功率损耗(kw)；q
0j
为第j台变压器的空载无功功率损耗(kvar)；p
kj
为变压器j的短路有功功率损耗(kw)；q
kj
为变压器j的短路无功功率损耗(kvar)；kq为无功经济当量(kw/kvar)；sj为变压器j的负荷视在功率(kva)；s
nj
为变压器j的额定容量(kva)。
28.配变经济运行的约束包括配变j的负荷视在功率sj不能超过它的额定值s
nj
、配变主接线形式的约束、步骤2中的灵活性资源出力及柔性负荷的约束，根据优化目标函数及约束条件，即可求解出光伏发电、储能装置、小水电、沼气发电、柔性负荷等其他供用能设备的调控量。
29.步骤3中，若由线路重过载导致某一边端无法自治，表示该边端出现了功率缺额，可以通过云层协调其他边端向该边端输送功率，实现该边端的自治，为保证无法自治的边端实现自治且能够经济运行，输送功率p
si
的取值为：式中，k2为结合其他各边端实际的运行状况而设置的裕度系数，其范围为0≤k2≤0.8，un为线路的额定电压。
30.所述的步骤4中判断调控量与实际量的相对误差是否在允许的范围内，误差允许的范围为：式中，pr为实际量，po为调控量，δ为调控量与实际量的相对误差。
31.本实施例还提供一种用于实现分布式柔性资源协调控制方法的装置，所述装置存储执行分布式柔性资源协调控制方法的计算机程序指令。
32.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
33.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
34.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
35.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
36.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造
性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
37.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。